细菌和病毒的遗传转化接合

细菌和病毒的遗传转化接合一、转化(transformation)概念:某些细菌(或其她生物)能通过其细胞膜摄取周围供体(donor)得染色体片段,并将此外源DNA片段通过重组整合到自己染色体组得过程。只有当整合得DNA片段产生新得表现型时,才能测知转化得发生。转化中接受供体遗传物质得称为受体(receptor)。P213(一)、细菌转化实验(二)、转化过程(三)、转化在遗传分析中得应用(一)、细菌转化实验1、基础知识荚膜菌落毒性类型光滑型S发达光滑有I,II,III粗糙型R无粗糙无I,II野生型肺炎双球菌得菌落

一种突变型为粗糙型

两者根本差异在于荚膜形成;荚膜得主要成分就是多糖,具特殊得抗原性;不同抗原型就是遗传得、稳定得,一般情况下不发生互变。2、Griffith转化研究P213Griffith对其试验结论及发展根据上述研究结果Griffith认为:(有毒)死细菌中得某种物质转移到(无毒)活细菌中,并使之具有毒性,导致小家鼠死亡。她将这种细菌遗传类型得转变称为转化,并将引起转化得物质称为转化因子(tranformingprinciple)。以后一些研究者重复上述试验,并且加入了体外培养试验,即:将加热杀死得SIII细菌与无毒RII细菌混合培养,然后注入小家鼠体内,同样导致家鼠死亡。表明:细菌在培养条件下也能够实现遗传类型间得定向转化。3、阿维利(Avery)等得转化实验(1944)实验结果:来源于加热杀死得SIII细菌,并使RII细菌转化成为SIII型细菌得转化因子就是DNA。实验结论转化定义:某一基因型得细胞从周围介质中吸收来自另一基因型得DNA而使她得基因型和表现型发生变化得现象称为转化。Avery等人得实验也表明:决定细菌遗传类型得物质就是DNA,即证明了DNA就就是遗传物质。(p36)由于她们采用得实验方法当时不被人们广泛接受,而且得出得结论与当时人们得传统观念(认为蛋白质就是遗传物质)不符合,而长期没有得到人们得承认。P213细菌转化过程(一)转化得过程非感受态细胞外源DNA被洗掉了转化因子感受态细胞外源DNA仍与细胞结合整合吸收吸附洗涤两种核酸酶：切为约14kb的片段使外源DNA片段变为单链(二)、转化过程P214(二)、转化过程1、感受态与感受态因子:感受态指细菌能够从周围环境中吸收DNA分子进行转化得生理状态。感受态主要受一类蛋白质(感受态因子)影响,感受态因子可以在细菌间进行转移,从感受态细菌中传递到非感受态细菌中,可以使后者变为感受态。一般认为感受态出现在细菌对数生长后期,并且某些处理过程可以诱导或加强感受态,以大肠杆菌为例,用Ca2+(CaCl2)处理对数生长后期得大肠杆菌可以增强其感受能力。P214转化过程2、供体DNA与受体细胞结合(binding):结合发生在受体细胞特定部位;供体DNA片段为双链;结合过程就是一个可逆过程。3、DNA得穿入和摄取:当细菌结合点饱和之后,细菌开始摄取外源DNA;往往只有一条DNA单链进入细胞,另一条链在膜上降解。4、联会(synapsis)与外源DNA片段整合(integration):整合指单链得转化DNA与受体DNA对应位点得置换,稳定掺入到受体DNA中得过程,实际就就是遗传重组得过程。研究整合得分子机制也就就是研究遗传重组得分子机制。P21412大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流转化过程P213(三)、转化在遗传分析中得应用共转化供体一条DNA片段上得两个基因同时转化得现象称为～。共转化与遗传图谱绘制利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱得基本原理:相邻基因发生共同转化得概率与两者得距离成正向关系→基因间距离越近,发生共同转化得频率越高,反之越低。因此可能通过测定两基因共同转化得频率来指示基因间得相对距离。转化与遗传图谱应用:①两个基因同时转化得效率(连锁或不连锁)②基因定位(遗传作图)(枯草杆菌)P215杂交实验:trp2+his2+tyr1+×trp2-his2-tyr1-(黎德伯格等)结果(转化子类型):基因座位trp2+---+++

his2++-+--+tyr1+++--+-

数目119403660685418260010711803660p215trp234his213tyr1表10-5二、接合(conjugation)(一)、接合现象得发现和证实(二)、F因子及其在杂交中得行为(三)、中断杂交试验作图概念:在原核生物中,接合就是指遗传物质从供体—“雄性”转移到受体—“雌性”得过程。

P215重点:接合得概念与基本原理、掌握F-、F+、Hfr菌株得概念、区别和用途;中断杂交试验及重组作图。18(一)、接合现象得发现和证实材料:大肠杆菌(Escherichiacoli)K12菌株得两个营养缺陷型品系:A—甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-;B—苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-。方法:将A、B两菌株混和,在基本培养基(固体)上涂布培养。结果:平板上长出原养型菌落(++++)。P2151946年,黎德伯格和塔特姆得大肠杆菌杂交试验:1946年黎德伯格和塔特姆接合试验原养型菌落频率10-7几种可能解释及其分析对上述试验结果原养型菌落可能产生于:亲本细菌A或B发生了回复突变;两品系细胞通过培养基交换养料——互养作用;两品系间交换DNA;发生细胞融合,形成了异核体或杂合二倍体。P216结论:这些解释均不成立。回复突变？Lederbery和Tatum利用得双营养缺陷型菌株进行试验,已基本排除A或B品系发生回复突变产生原养型细菌得可能。单基因回复突变得频率约为10-6;双基因回复突变得频率则为10-12,频率很低。但试验中产生原养型菌落产生得频率非常高,因此基本可以排除回复突变得可能。互养作用？试验材料:A品系:A-B+T1S(met-bio-thr+leu+T1S);B品系:A+B-T1R(met+bio+thr-leu-T1R)。试验方法:将A、B品系混合接种在基本培养基表面;短时间后喷T1杀死A品系,使其不能持续产生thr与leu供B品系持续生长。结果与结论:仍然出现原养型菌落。从而表明互养并非原养型菌落出现得原因,而可能发生了遗传重组。交换DNA？Lederberg和Tatum曾把品系A得培养液经加热灭菌,加入到B品系得培养物中,未得到原养型菌落;表明原养型菌落可能不就是由转化作用产生。戴维斯(Dawis1950)U型管试验;实验结论:细胞直接接触就是原养型细菌产生得必要条件。结果没有得到原养型细菌;异核体和杂合二倍体？

若细菌细胞发生融合,产生异核体或双杂合二倍体。这两种情况类似于二倍体生物得杂合体,将产生原养型菌落。异核体:指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同得两个或多个细胞核。双杂合二倍体:就是指异核体进一步发生核融合,形成二倍体细胞核,核内含有两种遗传物质。

细菌为单倍配子体生物,异核体和二倍体只能暂存。培养繁殖过程中必将发生分离,产生各种缺陷型菌落,对试验中得到得原养型菌落后代研究表明,后代没有出现预期得性状分离现象。接合现象得发现和证实经过上述分析可认为:在Lederberg和Tatum得试验中,发生了一种不同于转化得遗传重组方式,称之为接合。Hayes(1952)研究表明:大肠杆菌两种不同菌株(品系)接合过程中遗传物质得转移就是单向得;P217大肠杆菌存在两种类型品系:雌性与雄性分别作为接合过程中遗传物质得供体与受体。接合(conjugation):遗传物质从供体转移到受体得重组过程。1、F因子:Hayes等深入研究发现,大肠杆菌在接合中作供体得能力受细胞内一种致育因子(F因子-fertilityfactor;性因子-sexfactor)控制。(二)、F因子及其在杂交中得行为P217F因子得化学本质就是DNA,可以自主状态存在于胞质中或整合到细菌得染色体上,又称F质粒。(二)、F因子及其在杂交中得行为P217F因子可以在细菌细胞间进行转移并传递遗传物质。图10-14F因子结构:①原点(origin)②致育基因(fertilitygene)③配对区(pairingregion)Hfr菌株重组频率比F+高500多倍图10-15大肠杆菌F因子得三种状态供体菌(雄性)受体菌(雌性)高频重组菌株具有F因子得菌株可作为供体,F因子中有控制F性伞毛(Fpillus)形成得基因。F性伞毛就是由供体细胞表面伸出得一种长附属物,与受体细胞接合,就成为两个细胞之间原生质得通道,叫接合管(conjugationtube)。接合现象P217图10-16F因子及其在杂交中得行为F因子在宿主染色体上有许多特定得插入位点和方向,整合频率为每代10-5～10-7。性伞毛形成结合桥/管,产生核酸内切酶,该酶在oriT转移起始点处一条单链上切开一个口,供体DNA从5′末端开始向受体转移。P218-220接合过程:F＋和F－得杂交细菌间接触→接合管形成→单链断裂—单链DNA从供体向受体转移→环化(F+→F-)或DNA双链得形成(部分二倍体)(Hfr→F-)→重组交换(奇偶次交换)。接合过程:F＋和F－得杂交

F因子得特点F＋细菌可以把F因子传给后代。F＋细菌经吖啶橙处理F因子丢失,丢失后不再出现。F＋可以和F－杂交,而不能和F＋杂交。F＋和F－杂交后代皆为F＋,而且可以以10－7频率获得重组体后代。Hfr和F－杂交仅有一部分F因子(近原点处)被转移;受体获得完整得F因子--这种情况频率非常低。高频重组:细菌重组子频率为10－4。P219接合过程:Hfr和F－杂交细菌重组特点:只有偶数次交换才能产生平衡得重组子。相反得重组子不出现,所以在选择性培养基上只出现一种重组子。部分二倍体/部分合子图10-18细菌部分二倍体得形成及单交换和双交换得结果知识要点:p219奇偶次交换(三)、中断杂交试验作图雅各布(Jacob,F)和沃尔曼(Wollman,E、)著名得中断杂交试验(interruptedmatingexperiment)。试验材料:Hfr:thr+leu+aziStonSlac+gal+strsF–:thr–leu–aziRtonRlac–gal-strRP231thr、leu、lac、gal分别代表苏氨酸、亮氨酸、乳糖和半乳糖,+代表原养型或发酵型,–代表营养缺陷型或不发酵型;azi和tonA分别代表叠氮化纳和T1噬菌体;Str表示链霉素,r代表抗性,s代表敏感。

理解细菌和病毒在遗传研究中得优越性和意义;掌握转化、接合、性导与转导得概念与基本原理;掌握F-菌株、F+菌株、Hfr菌株得概念、区别和用途;区别F因子、F´因子得异同;了解温和性噬菌体、烈性噬菌体得生活周期;掌握原噬菌体、溶源性细菌得概念;了解细菌和病毒遗传作图得原理和基本过程。本章要求W、Hayes关于E、coliK